CN112775822A - 一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法 - Google Patents

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郭江
康仁科
潘博
李浩天
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Abstract

一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法，属于机械研磨加工技术领域。本发明通过对工件进行有限元仿真计算对上下表面材料去除进行分析，分别分析内部应力释放和加工应力引入对工件变形的影响，并通过得到的数据来调整工艺参数使上下两面的应力变化情况接近。本发明可以实现对弱刚性构件加工后的中心对称面形，得到更高的面形精度。

Description

一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法
技术领域
本发明属于机械研磨抛光加工技术领域，涉及一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法。
背景技术
机械研磨和抛光工艺是获得全局平坦化的最有效办法之一，在硬脆材料、金属材料的平板件加工中应用广泛。传统加工方法加工弱刚性薄壁平板件，由于残余应力的影响，导致工件变形，精度难以保证。
金属平板件广泛的应用于航空航天、汽车制造、矿山机械、五金制造、家电等行业。工件的表面质量以及加工精度在应用时均有较高要求，双面研磨也会受到加工时选用的耗材品质、机床震动以及材料的影响，导致被加工双面的应力变化情况差距较大，极易引起工件的应力变形，降低加工精度。
具有较大的径厚比的金属平板件，刚度低，极易受到内部应力释放和加工应力引入的影响而产生变形。另外铜薄板等应用较多的弱刚性平板件研磨更为困难，也更容易受到应力变化的影响。传统的研磨方式会引起工件上下两面的应力改变状况差别较大，导致工件发生变形，影响工件的加工精度和表面形貌。竹尾隆史(CN201610833057.9)发明了一种板状体的研磨方法及板状体的研磨装置，利用反复测定板状体的平面度来使最终得到的工件具有较高的平面度，加工周期长，应力变化引起的变形加工中影响较大；且保证加工后两面之间的平行度较为困难。佐藤一弥(CN201380006959.X)发明了一种晶片的双面研磨方法，提供了一种通过对双面研磨用的载体进行测量和选择使加工后的工件具有较高的平面度的方法，但是仍旧不能保证加工前后的两面应力变化情况相近，极易导致易加工工件产生变形降低双面的平面度；反复测量挑选合适的载体。
发明内容
本发明为克服上述技术中的不足，提出一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法，该方法考虑在加工过程中的应力状况，能够实现对工件加工后面形的控制。通过仿真计算，分析上下两面不同材料去除量会导致的工件变形情况，再调整工艺参数进而实现工件加工后呈中心对称面形。包括以下步骤：
第一步，通过剥层法测得工件表面的内部应力，并对工件的内部应力状态进行重构。
第二步，在有限元仿真软件中，建立工件的有限元模型，并对其进行网格划分，将应力分布结果加入到工件的有限元模型中，获得具有内部应力分布的有限元模型。
第三步，利用生死单元法分别对工件上下表面的材料去除进行模拟、分析，分析不同材料去除量时，内部应力释放情况以及内应力释放造成的工件变形情况。
第四步，通过加工实验，采用映射法，测量得到工件上下表面的加工应力。加工工艺参数选择如下：工件上下盘转速比设置为1：2～5，其中下盘转速可设置为10-50rpm。所述映射法为：通过加工刚性好、不易变形的工件，获取工件表面残余应力，等效为加工过程中引入的加工应力。
第五步，有限元仿真，将第三步测量的上下表面的加工应力加入第一步得到的工件的有限元模型中，利用有限元仿真，对上下表面加工应力引入后的变形情况进行分析，得到不同加工应力下的工件变形情况。
第六步，通过有限元仿真计算的工件变形结果，调整工艺参数，使加工后工件两面的应力变化状态相近，材料去除量比值小于1：1.05，减小工件由于应力导致的变形。所述工艺参数为上下研磨盘的转速设置为1：2～5，工件压强小于1.5psi，上下研磨盘转速小于50rpm。
本发明的有益效果是：改善被研磨工件的双面面形，使得在研磨加工后，工件表面呈现中心对称面形，同时本发明提供的方法所需的设备结构简单，可实现性强。
附图说明
图1为调整工艺参数前工件面形变。
图2调整工艺参数后工件面形变化。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法，其实施方式如下：
第一步，采用纯铜材料制作试验件，利用车削的方式制作初始圆形铜片试件，零件尺寸
Figure BDA0002881529280000031
厚度3mm。直接进行双面研磨，上下研磨盘转速比为1：1，材料去除量比值为1：1.5，随着研磨过程中工件应力的释放，导致上下两面加工后的应力变化情况差别较大，发生翘曲，平面度恶化严重，工件面形加工后仍为37.8μm，且出现马鞍形面形。
第二步，用剥层法测得工件表面的内部应力，并对工件的内部应力状态进行重构，并将应力分布结果加入到工件的有限元模型中，获得具有内部应力分布的有限元模型。
第三步，有限元仿真，对有限元模型进行网格划分，利用有限元仿真计算法对工件上下表面的材料去除进行分析，分别对上下表面的材料去除进行模拟，分析不同材料去除量时(材料去除量比值分别为1：1～5)，内部应力释放情况以及内应力释放造成的工件变形情况。第四步，将上述仿真计算的结果用于双面研磨机床，调整试件研磨时的工艺参数，使得上下研磨盘转速比为1：5，此时工件上下表面的材料去除量比值为1：1，控制工件的上下两面研磨前后的应力变化情况接近，来保证工件的上下两面的变形情况相近，使加工之后的试件上下表面成中心对称的面形，平面度PV值从164.8μm优化到13.5μm。
图1为调整工艺参数前工件面形变化，图2为调整工艺参数后工件面形变化，能够发现在调整工艺参数后，工件呈现中心对称面形。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法，其特征在于，所述应力变形控制方法通过仿真计算，分析上下两面不同材料去除量会导致的工件变形情况，再调整工艺参数进而实现工件加工后呈中心对称面形；包括以下步骤：
第一步，通过剥层法测得工件的内部应力，并对工件的内部应力状态进行重构；
第二步，在有限元仿真软件中，建立工件的有限元模型，并对其进行网格划分，将应力结果加入到工件的有限元模型中，获得具有内部应力分布的有限元模型；
第三步，利用生死单元法分别对工件上下表面的材料去除进行模拟、分析，分析不同材料去除量时，内部应力释放情况以及内部应力释放造成的工件变形情况；
第四步，通过加工实验，采用映射法，测量得到工件上下表面的加工应力；加工工艺参数选择如下：工件上下盘转速比设置为1：2～5，其中下盘转速可设置为10-50rpm；
第五步，将第三步测量的上下表面的加工应力加入第一步得到的工件的有限元模型中，利用有限元仿真，对上下表面加工应力引入后的变形情况进行分析，得到不同加工应力下的工件变形情况；
第六步，通过有限元仿真计算的工件变形结果，调整工艺参数，使加工后工件两面的应力变化状态相近，材料去除量比值小于1：1.05，减小工件由于应力导致的变形；所述工艺参数为上下研磨盘的转速设置为1：2～5，工件压强小于1.5psi，上下研磨盘转速小于50rpm。
2.根据权利要求1所述的一种平板件双面研磨加工中的变形控制方法，其特征在于，所述映射法为：通过加工刚性好、不易变形的工件，获取工件表面残余应力，等效为加工过程中引入的加工应力。
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